Haaien zijn 'per ongeluk' super goed in wiskunde

Decennia lang zijn wetenschappers stom geslagen door haaien die voedsel zoeken langs wiskundig geoptimaliseerde jaagpaden, genaamd Lévy-vluchten. Ondanks deze klaarblijkelijke wiskundige genialiteit heeft nog nooit iemand een haai de stelling van Pythagoras zien uitleggen of een parabool op logaritmisch papier zien tekenen, dus dit wonderlijke talent werd tot dusver bestempeld als een mysterieuze aanpassing die geëvolueerd is tijdens de evolutiegeschiedenis van de haai.

Maar Andy Reynolds, een bio-onderzoeker aan Rothamsted Research, heeft een andere theorie: haaien zijn geen natuurlijke wizkids, ze vinden het gewoon niet fijn om rond geduwd te worden door de turbulentie van de oceaan. Reynolds draaide computersimulaties van de bewegingen van haaien langs turbulentiestromingen en ontdekte dat haaien de Lévy-vluchten volgen om schokkerig water te vermijden. Met andere woorden, de dieren krijgen hun wiskundige aanwijzingen uit de omgeving, niet vanuit een talent voor optimalisatietheorie.

"De haaien zijn niet per se intelligent, ze gedragen zich gewoon logisch," vertelde Reynolds mij. "Rond geduwd worden kan schade opleveren en dat moet vermijd worden. De resultaten zijn tegenstrijdig met het wijd verbreide geloof dat Lévy-vluchten een aangeboren, geëvolueerd zoekstrategie zijn." De resultaten van zijn studie werden gisteren gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society A.

De Lévy-vlucht – genaamd naar de kanstheoreticus Paul Lévy – werd oorspronkelijk opgesteld als een puur theoretisch wiskundig concept, met geen bevestigend bewijs in de echte wereld. Het basispatroon van een Lévy-vlucht begint met een aantal kleine bewegingen in een regio, gevolgd door een lange beweging naar een nieuwe regio, gevolgd door meerdere kleine bewegingen.

"Het patroon blijft zich herhalen op steeds grotere schaal," legde Reynolds uit. "De doorsnee kleine bewegingen worden onderbroken door zeldzamere langere bewegingen die, op hun beurt, soms ook weer onderbroken worden door nog zeldzamere, nog langere bewegingen."

In de jaren 90 herkende G. M. Viswanathan dit patroon in albatroskolonies, leidde tot de Lévy-vlucht voedselhypothese – het idee dat dieren die achter deze geoptimaliseerde routes kunnen komen evolutionair geselecteerd worden. Het is een logische conclusie, aangezien Lévy-vluchten voedselzoektochten een enorm voordeel bieden voor dieren die het gebruiken.

"De strategie is effectief voor het zoeken omdat het toelaat om grondig in de directe omgeving te zoeken zonder te veel tijdsverspilling, met name door het onnodig opnieuw bezoeken van locaties alvorens verder te zoeken op een andere plek." vertelde Reynolds. "We doen iets vergelijkbaars als we opzoek zijn naar verloren sleutels. Met behulp van een Lévy-vlucht zou je je zoektocht optimaliseren zonder de behoefte aan verfijnde navigatievaardigheden en mentale kaarten."

Reynolds' onderzoek van de routes door de lens van turbulentie theorie voegt een nieuwe dimensie toe aan het fenomeen, niet enkel aan de bewegingen van haaien. "Ik verwacht dat Lévy-vluchten bij meerdere organismen 'per ongelijk' zijn gaan voorkomen," vertelde Reynolds mij.

"Lévy-vlucht zoektochten komen voor bij T-cellen, immuuncellen die indringers zoeken; honingbijen, als ze de weg kwijt zijn en hun huis of voedsel zoeken; en bij menselijke jagers," zoals de Hadza stam. Daarnaast is het optimale patroon ook geobserveerd bij andere maritieme roofdieren, zoals pinguïns, schildpadden en beenvissen.

Mijn theorie is van toepassing op al deze jagers," zei hij. "Er is zelfs bewijs gevonden in 'spoorfossielen,' de bewaarde vormen van voetafdrukken gemaakt door organismen die de bodem van de oerzee bevolkten. Met deze opstapeling van bewijs wordt de vraag nu: hoe voeren de organismen de Lévy-vlucht uit? Hoe werden haaien zulke enorm efficiënte jagers?"

Deze vragen roepen om nader onderzoek, maar we kunnen wel concluderen dat de haai niet het apex-roofdier is geworden door wiskundetoetsen te halen.